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Die Erfindung betrifft eine Bremsanlage für ein Kraftfahrzeug gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
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Bestimmte Arten von Nutz-Kraftfahrzeugen der leichten Gewichtsklassen, z. B. Lastfahrzeuge mit einem zulässigen Gesamtgewicht bis 7,5 Tonnen, Kleinbusse oder auch land- und forstwirtschaftliche Kraftfahrzeuge, weisen üblicherweise eine mit Hydraulikflüssigkeit als Druckmittel betriebene Bremsanlage auf. Es ist zulässig, an derartige Kraftfahrzeuge Anhänger anzukoppeln, die über eine pneumatisch betätigte Bremsanlage verfügen. Hierbei ist bekannt, in dem Kraftfahrzeug eine Drucklufterzeugungsanlage herkömmlicher Bauart, z. B. mit einem Kompressor und einem Druckluftvorratsbehälter, vorzusehen und das von dieser Anlage erzeugte pneumatische Druckmittel über ein sogenanntes Anhängersteuerventil der Anhängerbremsanlage zuzuführen.
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Das Anhängersteuerventil dient zur Dosierung des der Anhängerbremsanlage zugeführten Druckes und wird an einem hydraulischen Steuereingang mit dem in der hydraulischen Bremsanlage des Kraftfahrzeuges vorliegenden Druck beaufschlagt. Dieser Druck wird üblicherweise von einem von dem Fahrer des Kraftfahrzeuges mittels eines Bremspedals und eines Bremsgestänges zu betätigenden Hauptbremszylinders erzeugt, gegebenenfalls unter zusätzlicher Verwendung eines Bremskraftverstärkers allgemein bekannter Bauart.
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Die Komponenten, die zur Umsetzung des Bremswunsches des Fahrers in den Bremsdruck des Kraftfahrzeuges verwendet werden, werden im folgenden mit dem Begriff Bremswertgeber bezeichnet.
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Bei der bisher beschriebenen Bremsanlage besteht zwischen den Druckniveaus im hydraulischen Teil und im pneumatischen Teil im allgemeinen ein erheblicher Unterschied. So kann in dem hydraulischen Teil ein Bremsdruck von bis zu 150 bar erreicht werden, während in dem pneumatischen Teil der Höchstwert des Bremsdruckes bei etwa 8,5 bar liegt. Bei Verwendung von Scheibenbremsen in dem Kraftfahrzeug oder dem Anhänger ist außerdem mit einem sehr geringen Ansprechdruck der dortigen Bremsen, z. B. von 0,2 bar, zu rechnen. Für eine Umsetzung des sehr hohen hydraulischen Druckniveaus auf das relativ niedrige pneumatische Druckniveau dient das Anhängersteuerventil.
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Dies hat zur Folge, daß Anhängersteuerventile bekannter Bauart relativ kompliziert aufgebaut sind und somit teuer herzustellen sind. So ist z. B. auf der hydraulischen Seite eine besonders aufwendige Abdichtung von Kolbenführungen in dem Anhängersteuerventil notwendig.
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Aus der
DE 42 13 674 A1 und der
DE 197 06 982 A1 sind jeweils Bremsanlagen bekannt, bei denen sowohl das Zugfahrzeug als auch der Anhänger pneumatisch bzw. elektro-pneumatisch gebremst werden. Aus der
WO 92/21541 A1 ist eine Bremsanlage bekannt, bei der ein elektro-pneumatisch gebremstes Zugfahrzeug mit einem pneumatisch gebremsten Anhänger bzw. ein pneumatisch gebremstes Zugfahrzeug mit einem elektro-pneumatisch gebremsten Anhänger verbunden wird. Bei dieser Lösung wird ein als Konverterbox bezeichneter Wandler in Modulbauweise zwischen Zugfahrzeug und Anhänger zwischengeschaltet, welcher eine Umsteuerung der entweder elektro-pneumatischen oder pneumatischen Signale des Zugfahrzeugs an die pneumatische bzw. elektro-pneumatische Bremsanlage des Anhängers ermöglicht.
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Den zuvor genannten Lösungen ist gemein, dass sowohl Zugfahrzeug als auch Anhänger das gleiche Druckmedium, nämlich Druckluft, verwenden, so dass dort die Übertragung eines hydraulischen Drucks auf ein pneumatisches Bremssystem des Anhängers keine Rolle spielt.
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Der Erfindung liegt demzufolge die Aufgabe zugrunde, eine Bremsanlage für ein Kraftfahrzeug anzugeben, bei der auf einfache Weise und mit geringem Aufwand eine Betätigung einer Anhängerbremsanlage in Abhängigkeit von einer Bremsbetätigung in dem Kraftfahrzeug ermoglicht wird.
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Diese Aufgabe wird durch die in dem Patentanspruch 1 angegebene Erfindung gelöst. Weiterbildungen und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
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Ein Vorteil der Erfindung besteht darin, daß für eine Entkopplung des in dem Kraftfahrzeug verwendeten Bremsdruckmittels von dem in dem Anhänger verwendeten Bremsdruckmittel statt eines herkömmlichen Anhängersteuerventils nun einzelne, jeweils den unterschiedlichen Bremsdruckmitteln zugeordnete Entkopplungskomponenten verwendet werden, die jeweils nur für eine Art von Bremsdruckmittel zu optimieren sind. So ist mit dem im Kraftfahrzeug verwendeten Bremsdruckmittel ein Sensiermittel verbunden, das ein vorzugsweise elektrisches Signal abgibt. Mit dem für den Anhänger vorgesehenen Bremsdruckmittel ist ein Bremsdrucksteuermittel verbunden, das ein ihm zugeführtes, vorzugsweise elektrisches Steuersignal in einen Bremsdruck für die Anhängerbremsanlage umsetzt. Für die Erzeugung des Steuersignals in Abhängigkeit von dem Signal des Sensiermittels ist eine Steuereinrichtung vorgesehen, die für eine geeignete Anpassung dieser Signale aneinander sorgt. Die Steuereinrichtung bzw. die Anpassung der Signale kann auch in das Sensiermittel oder das Bremsdrucksteuermittel integriert sein.
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Durch diese Art der Entkopplung lassen sich auf der pneumatischen Seite sehr geringe Ansprechdrücke und sehr schnelle Druckänderungen erzielen. Ein weiterer Vorteil ist, daß der Bedarf an Hydraulikflüssigkeit im Vergleich zur Verwendung von Anhängersteuerventilen bekannter Bauart sehr gering ist. Außerdem kann die erfindungsgemäße Bremsanlage mit sehr geringer Baugröße hergestellt werden und hat somit einen geringen Platzbedarf.
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Die Erfindung kann sowohl für Lastkraftfahrzeuge und Busse unter Verwendung herkömmlicher Anhängersteuerventile als Bremsdrucksteuermittel als auch für Kraftfahrzeuge in der Land- und Forstwirtschaft, bei denen derartige Anhängersteuerventile unüblich sind, eingesetzt werden. Im zuletzt genannten Fall besteht das Bremsdrucksteuermittel aus einer von der erfindungsgemäßen Steuereinrichtung angesteuerten Ventileinrichtung, die vorzugsweise als Proportionalventil ausgebildet ist und die ausgangsseitig direkt mit der Bremsanlage des Anhängers verbunden wird.
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Als Sensiermittel für die Betätigung des Bremswertgebers kommen verschiedene, vorzugsweise elektrische Signale abgebende Sensoren in Frage. Es können einerseits, wie im Ausführungsbeispiel angegeben, Drucksensoren zur Sensierung des hydraulischen Druckes eingesetzt werden. Es ist auch möglich, direkt an dem Bremswertgeber, beispielsweise über einen potentiometrischen, optischen oder magnetischen Signalgeber, als Betätigungssignal einen Betätigungsweg oder auch einen Betätigungswinkel zu ermitteln und dem Steuergerät zuzuführen.
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Vorzugsweise ist die Steuereinrichtung als elektronisches Steuergerät ausgebildet und weist einen programmierbaren Mikroprozessor auf. Dies hat den Vorteil, daß auf einfache Weise, nämlich durch Programmierung des Mikroprozessors, eine beliebige Zuordnung des pneumatischen Druckwertes zu dem hydraulischen Druckwert möglich ist. Auch eine Auswahl aus verschiedenen gespeicherten Zuordnungskennlinien ist auf einfache Weise möglich.
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In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung werden die für gattungsgemäße Kraftfahrzeuge gesetzlich vorgeschriebenen Funktionen ”Handbremsfunktion” und ”Kontrollstellung”, deren Funktionsweise im nachfolgenden Ausführungsbeispiel noch näher erläutert wird, durch elektrisch steuerbare Ventileinrichtungen realisiert. Dies hat den Vorteil, daß bisher verwendete mechanische Hebelgestänge oder Seilzüge entfallen können, wodurch die Installation der Bremsanlage in dem Kraftfahrzeug vereinfacht wird. Für die Ansteuerung der Ventileinrichtungen kann zudem ein üblicherweise bereits vorhandenes elektrisches Signal, das von einem durch Betätigung der Handbremse auslösbaren elektrischen Schaltmittel erzeugt wird, verwendet werden. Durch Einsatz eines weiteren elektrischen Schaltmittels, z. B. eines Tastschalters, ist auf einfache Weise die Steuerung einer sogenannten Kontrollstellung möglich.
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In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung weist die Steuereinrichtung wenigstens einen nichtflüchtigen Schreib-/Lesespeicher zur Speicherung fahrzeugspezifischer Daten auf. Der nichtflüchtige Schreib-/Lesespeicher ist vorzugsweise als ein mit dem Mikroprozessor verbundenes oder darin angeordnetes EEPROM (= Electrical Erasable Read Only Memory) ausgebildet. Dies hat den Vorteil, daß die Bremsanlage in sehr einfacher Weise an eine Vielzahl unterschiedlicher Bauarten des Kraftfahrzeuges anpaßbar ist.
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Die Erfindung wird im folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels unter Zuhilfenahme einer Zeichnung näher erläutert.
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Es zeigt
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1 eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Bremsanlage.
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In der 1 werden Druckmittelleitungen mit durchgehenden Linien und elektrische Leitungen mit gestrichelten Linien dargestellt.
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Die Bremsanlage gemäß 1 weist einen hydraulisch betriebenen Teil herkömmlicher Bauart auf, von dem in der 1 ein Hauptbremszylinder (16) und ein zur mechanischen Betätigung des Hauptbremszylinders (16) dienendes Bremspedal (17) als Teile eines Bremswertgebers und außerdem die Druckflüssigkeit in zwei voneinander getrennten Bremskreisen führende Leitungen (24, 25) dargestellt sind. Die Leitungen (24, 25) sind mit nicht dargestellten Bremszylindern verbunden. Bei Betätigung des Bremspedals (17) wird von dem Hauptbremszylinder (16) ein hydraulischer Druck in den Leitungen (24, 25) und damit auch in den Bremszylindern erzeugt. Mittels derartiger Bremszylinder werden dann die Bremsen in dem Kraftfahrzeug mechanisch betätigt.
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Des weiteren weist die Bremsanlage einen pneumatischen Teil auf, in dem ein Kompressor (1), ein Mehrkreisschutzventil (2), zwei Vorratsbehälter (3, 4) für die in diesem Ausführungsbeispiel dargestellten beiden Druckluftkreise und ein Anhängersteuerventil in an sich bekannter Weise angeordnet sind. Zwischen dem Kompressor (1) und dem Mehrkreisschutzventil (2) ist üblicherweise noch ein Druckregler angeordnet, der jedoch in der 1 nicht dargestellt ist.
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Als Bremsdrucksteuermittel sind in dem dargestellten Ausführungsbeispiel ein Anhängersteuerventil (11) und ein elektrisch ansteuerbares Proportionalventil (12) zur Druckluftbeaufschlagung des Anhängersteuerventils (11) vorgesehen.
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Das hier verwendete pneumatisch betätigte Anhängersteuerventil (11) weist im Gegensatz zu der eingangs beschriebenen hydraulisch betätigten Variante einen für pneumatische Betätigung ausgelegten Steuereingang (20) auf, mittels dessen der an einem Vorratsanschluß (22) des Anhängersteuerventils (11) anliegende Druck an einem Bremsdruckausgang (23) des Anhängersteuerventils (11) dosiert an die nicht dargestellte Bremsanlage eines Anhängers abgegeben wird. Außerdem ist an dem Anhängersteuerventil (11) ein weiterer für pneumatische Betätigung ausgelegter Steuereingang (26) vorgesehen, der beispielsweise über ein Handbremsventil mit pneumatischem Druck beaufschlagt werden könnte.
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Das Anhängersteuerventil weist außerdem dem Fachmann bekannte Mittel zur Realisierung einer sogenannten Abreißfunktion gemäß Richtlinie 71/320/EWG (Anhang I) auf, insbesondere ein 2/2-Wegeventil mit Drossel. Hierdurch wird im Falle eines Defekts an den zu der Anhängerbremsanlage führenden Druckleitungen eine Zwangsbremsung des Anhängers bewirkt.
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Die Funktionsweise eines derartigen Anhängersteuerventils ist dem Fachmann bestens bekannt, z. B. aus der Firmendruckschrift Nr. 815 000 003 3 der WABCO Westinghouse Fahrzeugbremsen, ”Beschreibung der Druckluftgeräte in Fahrzeugen”, Seiten 79 bis 80, und wird daher an dieser Stelle nicht näher beschrieben.
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Der Kompressor (1) dient zur Förderung von Druckluft zu dem Mehrkreisschutzventil (2). Von hier aus gelangt die Druckluft zu einem Vorratsbehälter (3) für einen ersten Druckmittelkreis und einem Vorratsbehälter (4) für einen zweiten Druckmittelkreis.
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Von dem Vorratsbehälter (3) wird die Druckluft direkt zu dem Vorratsanschluß (22) des Anhängersteuerventils (11) geführt. Von dem Vorratsbehälter (4) wird die Druckluft über das Proportionalventil (12) zu dem Steuereingang (20) des Anhangersteuerventils (11) geführt. Das Proportionalventil (12) ist durch ein elektrisches Signal betätigbar und gibt den an einem eingangsseitigen Druckluftanschluß vorliegenden Druck ausgangsseitig proportional oder nahezu proportional zu einer in dem elektrischen Signal vorhandenen Information, z. B. dem Strom oder einem Tastverhältnis bei pulsförmigem Signalverlauf, aus. Das Proportionalventil (12) ist vorzugsweise als ein im stromlosen, d. h. im unbetätigten Falle, geschlossenes Ventil ausgebildet.
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Der hydraulische Teil der Bremsanlage ist über zwei Drucksensoren (14, 15) und ein elektronisches Steuergerät (13) mit dem den pneumatischen Teil der Bremsanlage steuernden Proportionalventil (12) verbunden. Zur Ermittlung des in dem hydraulischen Teil der Bremsanlage vorliegenden Druckes ist vorzugsweise an jeden der beiden hydraulischen Bremskreise jeweils ein Drucksensor angeschlossen. Es ist allerdings auch möglich, nur einen Drucksensor zu verwenden. Die Verwendung eines zweiten, einem unabhängigen Bremskreis zugeordneten Drucksensors hat aber den Vorteil, daß auch bei Defekten unterschiedlicher Art, sowohl an einem Drucksensor als auch an einem Bremskreis, ein weiterer Betrieb der Anhängerbremsanlage möglich ist.
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Die Drucksensoren (14, 15) sind über elektrische Leitungen an das elektronische Steuergerät (13) angeschlossen. Die Drucksensoren (14, 15) geben elektrische Drucksignale an das elektronische Steuergerät (13) ab, die dort mittels eines ein Steuerprogramm ausführenden Mikroprozessors zu einem Ansteuersignal für das Proportionalventil (12) verarbeitet werden. Das Ansteuersignal wird als elektrisches Signal über eine elektrische Leitung dem Proportionalventil (12) zugeführt.
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Bei der Verarbeitung der Drucksignale wird in vorteilhafter Weise ein Vergleich dieser Signale durchgeführt. Bei Erkennung eines größeren Unterschiedes zwischen den Drucksignalen kann der Fahrer des Kraftfahrzeuges mittels eines optischen oder akustischen Signals auf eine mögliche Fehlfunktion der Bremsanlage hingewiesen werden. Zur Bestimmung des Ansteuersignals für das Proportionalventil (12) wird in einem derartigen Fall vorzugsweise das den höheren Druck anzeigende Drucksignal verwendet.
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Es ist auch möglich, weitere Drucksensoren zur Ermittlung des von dem Proportionalventil (12) und/oder dem Anhängersteuerventil (11) ausgegebenen Druckes vorzusehen. Derartige Drucksensoren wären dann druckmittelseitig mit den Druckluftausgängen der jeweiligen Ventile (11, 12) und elektrisch mit dem Steuergerät (13) verbunden. Durch Berücksichtigung derartiger Drucksignale in dem Steuerprogramm kann einerseits eine Druckregelung im Sinne eines geschlossenen Regelkreises durchgeführt werden, andererseits können Defekte im pneumatischen Teil der Bremsanlage erkannt und angezeigt werden.
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Die Bremsanlage in dem Kraftfahrzeug weist des weiteren eine Handbremseinrichtung bekannter Ausführungsart auf, bei der mittels eines als Betätigungselement wirkenden Handbremshebels (6) wenigstens ein Teil der Bremsen des Kraftfahrzeuges vorzugsweise über mechanische Seilzüge oder Gestänge betätigt werden können. Hiervon ist in der 1 nur der Handbremshebel (6) dargestellt.
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Zur Betätigung der Anhängerbremsanlage aufgrund einer Betätigung der Handbremseinrichtung ist ein elektrischer Schalter (21) vorgesehen, der mechanisch von dem Handbremshebel (6) betätigbar ist. In vorteilhafter Weise kann hierbei ein in Kraftfahrzeugen meistens schon vorhandener Schalter für eine Handbremskontrolllampe verwendet werden.
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Der pneumatische Teil der Bremsanlage weist neben den bisher beschriebenen Komponenten noch ein von dem Schalter (21) elektrisch betätigbares Magnetventil (7), ein weiteres, von einem Tastschalter (9) elektrisch betätigbares Magnetventil (8) und ein Zweiwegeventil (10) auf. Das Magnetventil (7) ist eingangsseitig über eine Druckluftleitung mit dem Vorratsbehälter (3) des ersten Druckmittelkreises verbunden und beaufschlagt bei elektrischer Betätigung über das Zweiwegeventil (10) den weiteren Steuereingang (26) des Anhängersteuerventils (11) mit diesem Druck.
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Der Tastschalter (9) und das weitere Magnetventil (8) dienen zur Aktivierung einer Kontrollstellung. Als Kontrollstellung wird in derartigen Bremsanlagen eine gesetzlich vorgeschriebene Betätigungsart bezeichnet, durch die der Fahrer des Kraftfahrzeuges die Möglichkeit hat, zu überprüfen, ob die Handbremse des Kraftfahrzeuges insbesondere bei unebener Fahrbahn in der Lage ist, den aus Kraftfahrzeug und Anhänger bestehenden Fahrzeugzug zu bremsen. Bei Aktivierung der Kontrollstellung wird die durch Handbremsbetätigung in dem Kraftfahrzeug normalerweise ausgelöste Betätigung der Anhängerbremsanlage unterdrückt, so daß durch die Betätigung der Handbremse dann nur die Bremsanlage in dem Kraftfahrzeug betätigt wird.
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Zu diesem Zweck kann das weitere Magnetventil (8) von dem Fahrer durch Betätigung des elektrischen Tastschalters (9), vorzugsweise in nicht selbst einrastender Ausführungform, zeitweise aktiviert werden. Bei Aktivierung des weiteren Magnetventils (8) wird der in dem ersten Druckmittelkreis vorliegende Vorratsdruck an das in die Druckmittelleitung zwischen dem Magnetventil (7) und dem Anhängersteuerventil (11) eingefügte Zweiwegeventil (10) ausgegeben. Das Zweiwegeventil (10) ist ausgangsseitig mit dem weiteren Steuereingang (26) des Anhängersteuerventils (11) verbunden und beaufschlagt diesen mit dem jeweils höheren der beiden an seinen Druckmitteleingängen anliegenden Druck. Hierdurch wird der weitere Steuereingang (26) des Anhängersteuerventils (11) auch bei betätigter Handbremseinrichtung mit dem Vorratsdruck des ersten Druckmittelkreises beaufschlagt, so daß die Anhängerbremsanlage nicht betätigt wird.
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Es wäre auch möglich, die elektrischen Signale des Schalters (21) und des Tastschalters (9) elektrisch derart zu verknüpfen, daß die beschriebene Kontrollstellung ermöglicht wird, z. B. durch Parallelschaltung des Tastschalters (9) zu dem Schalter (21). In diesem Fall könnten die Ventile (8, 10) entfallen.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist das elektronische Steuergerät (13) außerdem noch einen Anschluß für ein Geschwindigkeitssignal, das die Fahrzeuggeschwindigkeit repräsentiert, auf. Ein derartiges Geschwindigkeitssignal kann beispielsweise von einem in gattungsgemäßen Kraftfahrzeugen häufig schon vorhandenen Tachometer abgenommen werden. Das Steuerprogramm für den in dem Steuergerät (13) angeordneten Mikroprozessor weist dann vorzugsweise Programmschritte auf, durch die in Abhängigkeit von der Fahrzeuggeschwindigkeit und gegebenenfalls der übrigen Eingangssignale bestimmte, von dem zuvor beschriebenen Normalbetrieb abweichende Ansteuersignale für das Proportionalventil (12) erzeugt werden.
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So ist beispielsweise die hydraulische Bremsanlage von land- oder forstwirtschaftlichen Kraftfahrzeugen häufig für eine sogenannte Lenkbremsung des Kraftfahrzeuges ausgelegt. In diesem Fall sind in dem Kraftfahrzeug zwei Bremspedale vorgesehen, die bei geringen Fahrzeuggeschwindigkeiten einzeln und bei höheren Fahrzeuggeschwindigkeiten, d. h. in der Regel auf öffentlichen Straßen, nur gemeinsam betätigt werden können. Bei Betätigung nur eines der Bremspedale wird die diesem Bremspedal zugeordnete Seite des Kraftfahrzeuges einzeln abgebremst, so daß das Kraftfahrzeug eine Kurve fährt.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist das elektronische Steuergerät (13) daher so ausgelegt, daß eine Lenkbremsung automatisch erkannt wird, indem überprüft wird, ob nur eines der Drucksignale der Sensoren (14, 15) einen auf eine Bremsbetätigung hindeutenden Wert aufweist und ob zusätzlich eine relativ geringe Fahrzeuggeschwindigkeit vorliegt. In diesem Fall wird dann eine Aktivierung der Anhängerbremsanlage unterdrückt, indem ein entsprechendes Steuersignal an das Proportionalventil (12) abgegeben wird. Hierdurch wird der Luftverbrauch der pneumatischen Anlage verringert und somit Energie gespart. Außerdem wird der Verschleiß der pneumatischen Bremsanlage des Kraftfahrzeuges und des Anhängers verringert.
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Bei Erkennung nur eines auf eine Bremsbetätigung hindeutenden Drucksignals bei einer höheren Fahrzeuggeschwindigkeit konnte ein Warnsignal aktiviert werden, durch das dem Fahrer eine Fehlfunktion der Bremsanlage angezeigt wird.
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In einer anderen Anwendung für das Fahrzeug-Geschwindigkeitssignal kann die Zuordnungscharakteristik von dem hydraulischen Druck zu dem pneumatischen Druck geschwindigkeitsabhängig variiert werden. Hierdurch kann eine automatische Anpassung der Abbremsungscharakteristika an bestimmte gesetzliche Abbremsungsvorschriften durch entsprechende Programmschritte in dem Steuergerät durchführbar.
